超級電容器用新型多孔碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器由于具有能量密度高、循環(huán)性能優(yōu)異、價格低廉以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的青睞。而電極材料是影響超級電容器性能的重要因素之一，因此，研究人員一直將高性能電極材料的合成與優(yōu)化作為超級電容器的研究重點(diǎn)。目前，應(yīng)用最多的超級電容器的電極材料當(dāng)屬多孔碳材料。本文以制備超級電容器用新型多孔碳材料為目的，以活性碳微球為基體，通過原位化學(xué)氧化聚合法制備了聚苯胺包覆活性碳微球復(fù)合材料(PANI/ACMB)，并通過高溫碳化處理制備了新型含氮碳微

2、球材料(NENCs)。此外，通過采用納米注入法制備了有序介孔/微孔碳化鉻骨架碳材料(CDCs)，并研究其物理和電化學(xué)性能。主要工作如下：
　　通過原位化學(xué)氧化聚合的方法制備了PANI/ACMB復(fù)合電極材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：PANI均勻地沉積在ACMB的表面，得到具有類荔枝狀形貌的PANI/ACMB復(fù)合電極材料。同時，PANI/ACMB復(fù)合電極材料比純ACMB具有更好的電化學(xué)性能，當(dāng)掃描速率為1mV s-1時，循環(huán)伏安測試得到的復(fù)合電極材

3、料比電容達(dá)433.8 F g-1；將PANI/ACMB復(fù)合電極材料組裝成超級電容器進(jìn)行循環(huán)壽命測試，經(jīng)過500次循環(huán)后比電容仍高于ACMB的比電容，顯示了良好的電化學(xué)性能。
　　為了改善復(fù)合電極材料的循環(huán)性能，將制備的PANI/ACMB復(fù)合材料在高溫下碳化并經(jīng)濃硝酸活化，制備了三種含氮碳微球材料NENCs并探討了溫度改變對其物理和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)制備溫度為600℃時，所得到的NENCs-600材料顯示出最大的比表面積

4、(652.8 m2 g-1)并且具有最佳的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1 A g-1時，NENCs-600單極片的比電容高達(dá)385.0 F g-1。經(jīng)過2500次循環(huán)壽命測試，容量保持率為92.8％。
　　將最佳溫度下得到的NENCs電極組裝成對稱型超級電容器，研究其在0.5M K2SO4、1M H2SO4和6.0 M KOH水系電解液中的電化學(xué)性能。結(jié)果表明：在6.0M KOH電解液中，超級電容器表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，即具有最好的

5、電化學(xué)可逆性、最短的弛豫時間(1.11 s)以及接近理想的極化情況。在500 mA g-1電流密度下進(jìn)行循環(huán)壽命測試，比電容高達(dá)89.5 F g-1且具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　針對CDC碳材料存在離子傳輸速度慢和儲能特性有待提高等問題，提出以SBA-15為模板、糠醇為碳源以及乙酸鉻為鉻源，制備了有序介孔/微孔碳化鉻骨架碳材料CDCs。結(jié)果表明，當(dāng)乙酸鉻含量為35%時制備的CDCs-2碳材料具有類鏈條狀結(jié)構(gòu)，其比表面積、孔容以及孔